隨著化石能源的日益枯竭，其替代品新能源和可再生能源的開發(fā)及利用成為各國研究的重點，而對中國這樣人均能源資源占有量很低，且分布極不均勻的發(fā)展中國家來說則顯得尤為重要。目前，作為能源的生物質主要指農(nóng)業(yè)、林業(yè)及其他廢棄物，如各種農(nóng)作物秸稈、油料作物及木材加工廢棄物、城市工業(yè)有機廢棄物以及動物糞便等。據(jù)統(tǒng)計，我國現(xiàn)在每年的秸稈產(chǎn)量約為7億t，扣除一部分用作飼料和其它原料，作為能源利用的達3.76億t。
植物秸稈原料質地松散、體積大、熱值低、不便運輸和貯存，采用秸稈壓塊機使秸稈致密成型，便可成為高品位燃料。秸稈成型燃料具有密度高、便于運輸和儲存、形狀和性質均一、燃燒性能好、熱值高、適應性強、燃料操作控制方便等優(yōu)點，可用于鍋爐和煤氣發(fā)生爐，也可用于工業(yè)、家庭和農(nóng)業(yè)、園林的暖房取暖。我國作為農(nóng)業(yè)大國，植物秸稈資源豐富，因此，秸稈能源將會成為一種發(fā)展前景非常可觀的替代能源。
目前，秸稈壓塊機主要分為螺旋擠壓式成型機、活塞沖壓式成型機和環(huán)模式成型機3種機型，本文主要對環(huán)模式秸稈壓塊機的結構進行分析研究。
1、環(huán)模式壓塊機的總體結構與工作原理
秸稈壓塊機主要由電機、進料機構、進料斗、皮帶輪、皮帶、保護罩、環(huán)模壓縮室和底座組成，總體結構如圖1所示。
環(huán)模式秸稈壓塊機工作時的擠壓方式屬于開式壓縮，利用環(huán)模、壓輪和物料3者間的摩擦擠壓作用使短段散狀物料成型。電機1通過皮帶5帶動皮帶輪4轉動，從而帶動主軸轉動。由于主軸與壓輪機構和進料機構相連，進而帶動壓輪機構和進料機構2運轉。散狀物料經(jīng)進料斗3進入帶有不等螺距的螺旋進料機構機體腔內，通過螺旋葉片將物料連續(xù)均勻喂人環(huán)模壓縮室7內。環(huán)模和壓輪的相對運動，將物料逐漸壓人環(huán)模的成型孔，物料在壓輪壓力與孔壁摩擦作用下逐層成型。由于模塊的數(shù)量和電機的功率不同，環(huán)模式壓塊機的產(chǎn)量一般為500～2 000 kg/h，較為合適的主軸轉速為130 r/min。
2、傳動與進料機構分析
壓塊機的傳動方式采用皮帶傳動。皮帶傳動具有過載保護和緩沖吸振的能力。由于進料有時不均勻，壓塊機的載荷變化較大且頻繁，在工作過程中可能出現(xiàn)過載情況，皮帶傳動可以降低過載帶來的影響，保護壓塊機。壓塊機核心部件是進料機構和環(huán)模壓縮室。目前，常用進料機構與環(huán)模壓縮室的傳動機構是分開的，俗稱“兩根軸”，即壓輪杌構傳動由連接帶輪的主軸帶動，螺旋進料機構由另一根軸帶動，所以使得機器機構復雜，體積龐大，能耗較大。
為簡化機構、提高效率，本文傳動機構和進料機構采用“一根軸”的形式，如圖2所示。在皮帶輪的帶動下，主軸1經(jīng)后擋板6與壓輪2同時旋轉，再經(jīng)前擋板5帶動進料軸4和螺旋進料筒3-起旋轉，這樣一組電機可帶動壓輪機構和進料筒同時工作。
3、壓縮室結構分析
壓縮室結構如圖3所示。秸稈原料的壓縮是靠環(huán)模1與壓輪3間的相對運動實現(xiàn)的。環(huán)模通過螺栓固定在機體上，兩個壓輪由前擋板4和后擋板5固定連結，后擋板5與主軸連結由電機帶動旋轉，由于物料的摩擦壓輪在公轉的同時而自轉。
壓縮室采用雙壓輪機構，兩個壓輪以主軸為中心線成對稱布置，使壓輪受力均勻，物料能夠均勻及時地進入環(huán)模溝槽，不僅使產(chǎn)量增加，而且可保證主軸和進料軸的同心度。壓輪每完成一次公轉周期就將布滿環(huán)模溝槽內的物料壓人模孔內，從而形成了物料塊的一個壓層。隨著物料的不斷喂人，在壓輪的壓力作用下，物料被接連不斷地擠入模孔中，通過模孔后便形成了物料壓塊。
環(huán)模與壓輪之間的間隙對壓塊機的產(chǎn)量和性能有重要影響。當環(huán)模與壓輪之間的間隙較小時，因為物料在壓輪和模塊的擠壓過程中容易被切斷，不至于藕斷絲連而消耗功率。但是間隙過小，會導致金屬之間的摩擦，加快環(huán)模與壓輪表面的磨損，特別是在壓塊機啟動和停止時的空運轉期間，這種磨損作用更加強烈。當環(huán)模與壓輪之間的間隙較大時，摩擦作用減小，但會對壓塊機的產(chǎn)量有很大影響。通過調整齒套，轉動偏心軸即可改變壓輪與環(huán)模問的距離，達到調整壓輪和模塊間距離的目的。
4、環(huán)模結構分析
環(huán)模式壓塊機最重要的構件之一，其性能好壞直接影響壓塊機性能。由于環(huán)模、壓輪和物料3者之間擠壓摩擦．尤其是物料在環(huán)模孔內受到的高壓摩擦和物料本身受力變形，消耗的能量以熱能的方式放出。使環(huán)模和物料溫度升高，導致環(huán)模的磨損加快，使用壽命縮短。
環(huán)模有整體鍛造式和組合式兩種形式。整體鍛造式環(huán)模采用合金鋼整體鍛造環(huán)模坯，然后用鉆頭加工多個圓孔，再用銑刀銑削出4個角，使圓孔成為方孔。銑削加工時需要多次對刀，致使加工面上留有刀痕，孔內表面難以達到設計要求，大大增加了物料在孔內運動時的阻力，導致模孔磨損加快和在工作中的堵塞現(xiàn)象。另外，由于環(huán)模體壁較厚，使模孔加工周期較長，并且熱處理工藝難以達到預期效果，表面硬度低，造成工作時環(huán)模磨損加快，嚴重時只能整體報廢，使得維修費用很高。
組合式環(huán)模由多個單獨的小模塊拼裝而成，本文環(huán)模采用多個單體制造的“工”字形模塊組合而成，模孔為矩形方孔，如圖4所示。模塊用螺栓與機體緊固在一起，這樣便于維修更換。此種結構在加工工藝、材料消耗以及安裝精度上更具有優(yōu)越性，加工精度易于保證，孔內的表面質量明顯高于整體式環(huán)模。一個優(yōu)質環(huán)模的使用壽命達800～1000h，這是指環(huán)模正常使用壓制物料產(chǎn)生疲勞破壞的壽命。由于組合式模塊熱處理的效果明顯好于整體式環(huán)模，工作面硬度易于保證，延長了環(huán)模的使用壽命。此外，可只更換磨損嚴重的模塊．與整體環(huán)模式結構相比，維修費用大大降低。
5、結語
環(huán)模式秸稈壓塊機傳動機構采用“一根軸”設計，簡化了整體設備的結構，壓縮室采用雙壓輪機構，提高了壓塊機的生產(chǎn)率和機器的穩(wěn)定性，采用組合式環(huán)模便于維修和更換，成本較低。通過對環(huán)模式秸稈壓塊機的總體結構、傳動機構、壓縮室和環(huán)模結構進行分析研究，為壓塊機的優(yōu)化設計提供了重要理論基礎。
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